Experimentelle Bewertung einer kostengünstigen Tesla-Turbine zur Rückgewinnung von Energie aus Abluft in Transportsystemen

Verschwendete Luft in nutzbare Energie verwandeln

Jedes Mal, wenn ein schwerer Lkw oder Zug bremst, wird still Energie in Form von Druckluft weggeworfen. Diese Studie stellt eine einfache, ökonomisch attraktive Frage: Kann ein Teil dieses verlorenen Luftdrucks mit einer kleinen, kostengünstigen Vorrichtung — einer Tesla-Turbine — aufgefangen und in Strom umgewandelt werden? Wenn ja, könnten Fuhrparks und Bahnbetreiber einen zusätzlichen, sauberen Stromzufluss gewinnen, ohne mehr Kraftstoff zu verbrennen oder komplexe neue Mechanik hinzuzufügen.

Warum Druckluft ungenutzt bleibt

Die Luftbremssysteme großer Fahrzeuge nutzen einen mechanischen Kompressor, der einen Vorratstank mit Druckluft füllt. Sobald der Tank den Soll-Druck erreicht, öffnen Ventile, um überschüssigen Druck abzulassen und das System zu schützen, während der Kompressor oft weiterläuft, ohne nützliche Last zu tragen. Das bedeutet, dass sowohl die überschüssige Luft als auch die rotierende Bewegung meist verschwendet werden. Die Autor*innen schlagen vor, einen zweiten Weg einzuführen, der diese sonst abgelassene Luft durch eine kleine Turbine leitet, die mit einem Generator verbunden ist, sodass ein Teil des verlorenen Drucks in elektrische Energie für Beleuchtung, Batterieladung oder Bordelektronik umgewandelt wird.

Eine einfache scheibenbasierte Turbine

Kernstück des Aufbaus ist eine kompakte Tesla-Turbine, eine Turbinenbauart, die Schaufeln durch einen Stapel glatter Scheiben ersetzt. Die Druckluft tritt tangential am Rand ein und spiralt dann zwischen den Scheiben nach innen. Während sie entlang der Scheibenoberflächen gleitet, übt die Reibung eine sanfte Zugkraft aus und bringt den gesamten Scheibenstapel zum Drehen. Im Projekt baute das Team eine Turbine mit zehn Scheiben mithilfe computergesteuerter Bearbeitung und hielt das Gesamtdesign bewusst einfach, damit Teile in Standardwerkstätten leicht gefertigt und gewartet werden können. Geprüft wurden zwei ansonsten identische Versionen: eine mit Aluminiumscheiben und eine mit Stahlscheiben, um zu untersuchen, wie das Scheibenmaterial die Leistung im für Fahrzeugbremssysteme typischen Niederdruckbereich beeinflusst.

So wurden die Tests durchgeführt

Die Forschenden verbanden die Turbine mit einem standardmäßigen mechanischen Kompressor, Regelventilen und Messgeräten, die Luftdruck, Drehzahl, Spannung, Strom und elektrische Leistung aufzeichneten. Sie führten Versuche bei Zulaufdrücken von 2 bis 10 bar durch, zuerst mit freilaufender Turbine und dann mit angekoppeltem elektrischen Generator als Last. Jeder Betriebspunkt wurde mehrfach gemessen, um die Wiederholbarkeit zu prüfen, und das Team verglich seine Ergebnisse mit früheren Experimenten aus der Literatur, um sicherzustellen, dass die Trends in Drehzahl und Leistung dem bekannten Verhalten ähnlicher Turbinen folgen.

Was die Turbine lieferte

Mit steigendem Druck drehten beide Turbinenversionen schneller und erzeugten mehr elektrische Leistung, was dem erwarteten Bild entspricht, dass schnellere Luftströmungen mehr Impuls auf die Scheiben übertragen. Ohne Last erreichte die Turbine mit Stahlscheiben bei höchstem Druck über 7000 Umdrehungen pro Minute, während die Aluminiumversion deutlich langsamer lief. Beim Anlegen des Generators sanken die Drehzahlen, stiegen jedoch weiterhin mit dem Druck. In den belasteten Tests schnitt die Stahlscheibe klar besser ab als die Aluminiumversion: Bei 10 bar erzeugte Stahl in einem etwa zehn Sekunden langen Lauf ungefähr doppelt so viel elektrische Leistung wie Aluminium — rund 22 Watt gegenüber 11 Watt. Bei den niedrigsten Drücken konnte die Aluminiumturbine gelegentlich gar keine messbare Elektrizität liefern, während die Stahlturbine zuverlässig weiterarbeitete.

Was das für reale Fahrzeuge bedeutet

Zwar erzeugt der Prototyp für sich genommen nur geringe Leistung, doch er zeigt, dass eine kleine, kostengünstige Tesla-Turbine Energie aus jener Luft gewinnen kann, die Lkw und Züge derzeit wegwerfen. Durch die Wahl robuster Stahlscheiben und die Integration mehrerer solcher Turbinen oder eine Vergrößerung ihrer Abmessungen könnten Betreiber einen größeren Teil dieser verlorenen Ressource für Nebenverbraucher zurückgewinnen, ohne das grundlegende Bremssystem neu zu entwerfen. Für den Alltag lautet die Kernbotschaft: Selbst das Zischen von Luft beim Bremsen eines Zuges birgt nutzbare Energie, und einfache scheibenbasierte Turbinen bieten einen praktikablen Weg, einen Teil davon aufzufangen und wieder ins Verkehrssystem einzuspeisen.

Zitation: Farghaly, M.B., Almohammadi, B.A., Alsharif, A.M. et al. Experimental evaluation of a cost-effective tesla turbine for waste air energy recovery in transportation systems. Sci Rep 16, 15177 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48846-z

Schlüsselwörter: Tesla-Turbine, Energie-Rückgewinnung, Druckluft, Luftbremssysteme, Transportenergie